Способ разработки мощных крутопадающих залежей слабых руд

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для разработки крутопадающих залежей слабых руд в условиях, где необходимо предупредить обрушение или осадку покрывающих выработанное пространство руд и пород. Способ включает проходку вентиляционно-закладочных и буропогрузочных ортов, выемку полезного ископаемого ориентированными вкрест простирания камерами ромбической или эллипсовидной формы, со смещением камер смежных этажей на половину их ширины, с выемкой руды отбойкой взрывом скважин и закладкой выработанного пространства. Непосредственно над верхним этажом сооружают защитное перекрытие с наклоном 5-7° в сторону висячего бока залежи. Ширину, высоту камер и высоту камер верхнего этажа, угол наклона боковых стен камер определяют из математических выражений, исходя из устойчивого расчетного пролета защитного перекрытия, ширины буропогрузочного орта и угла внутреннего трения рудного массива. После сооружения защитного перекрытия руду в камере разрабатывают заходками взрывом скважин в зажатой среде, причем очередную заходку отрабатывают после закладки предыдущей заходки. В неустойчивых, склонных к обрушению рудах забою очистных камер придают наклон, соответствующий углу естественного откоса рудного массива. В рудах с породными прослойками забою очистных камер придают наклон, соответствующий углу падения рудной залежи. Изобретение направлено на повышение безопасности отработки руд, минимизацию разубоживания и потерь руды. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для разработки мощных, в десятки и сотни метров, крутопадающих залежей слабых руд в условиях, где необходимо предупредить обрушение или осадку покрывающих выработанное пространство руд и пород (под днищами карьеров, водоемами, толщей обводненных четвертичных отложений).

Известны способы разработки рудных тел большой мощности слоями в восходящем и нисходящем порядке с закладкой выработанного пространства. Известны способы разработки руд под искусственной кровлей камерами с закладкой выработанного пространства [Кадолба Н.Н., Субботин В.М., Нелаев В.А., Лябах А.И., Журин С.Н., Жидков А.А. Технические решения по строительству рудника. Горный журнал №1-2, 1996, с.72-76].

Недостаток слоевой выемки в восходящем порядке применительно к слабым рудам заключается в необходимости крепления кровли очистных камер в отрабатываемом слое, а также в опасности крупных вывалов из кровли камер с последующей осадкой покрывающих руд и пород. Недостаток слоевой системы разработки в нисходящем порядке состоит в том, что вследствие неизбежной усадки закладочного материала и возможного недозаклада при заполнении камер закладкой происходит осадка закладочного массива и покрывающих руд и пород с нарушением их гидроизоляционных свойств.

Известен способ разработки мощных рудных тел камерами полигональной формы в нисходящем порядке с закладкой выработанного пространства [SU, авторское свидетельство 1638302, кл. Е 21 С 41/16, 1990] со смещением камер нижележащего этажа на половину ширины камер. Недостатком этого способа, применительно к слабым рудам, является наличие вертикального обнажения в рудном массиве в стенах или одной стене камеры. Самопроизвольное, неуправляемое обрушение стен камеры приведет к осложнениям при разработке смежной камеры и способно вызвать осадку закладочного материала в кровле рабочей камеры.

Известна камерная система разработки полезных ископаемых с применением камер эллипсовидной формы и бетонной закладкой, смещением камер смежных этажей на половину их ширины [SU, авторское свидетельство 134242, 1960]. Недостаток системы разработки по а.с. 134242 заключается в том, что геометрические параметры камер не связаны с устойчивостью обнажений рудного массива и покрывающих пород.

За прототип принят вариант системы разработки камерами эллипсовидной формы, рассмотренный в работе [Мясников К.В., Руденко В.В. Применение твердеющей закладки при разработке рудных месторождений. - М.: Недра, 1964, с.20-21]. Применительно к рассматриваемым условиям недостаток известной системы заключается в том, что геометрические параметры (высота и ширина) эллиптических камер не увязаны с устойчивостью рудного массива. Соответственно в слабых, рыхлых рудах система не исключает возможности обрушения рудных обнажений в нижней половине камер и, как следствие, деформаций закладочного массива в ее верхней половине, что может послужить причиной осадок защитного перекрытия. Кроме того, буровые орты, находящиеся в рудном массиве, необходимо крепить. При отбойке руды в заходке элементы крепи будут осложнять отгрузку руды.

Техническим результатом изобретения является повышение безопасности отработки мощных крутопадающих залежей слабых руд, залегающих под днищами карьеров или под толщей обводненных четвертичных отложений, подработка которых сопряжена с опасностью прорыва подземных вод в рабочее пространство рудника.

Технический результат достигается тем, что в способе разработки мощных крутопадающих залежей слабых руд в нисходящем порядке, включающем проходку вентиляционно-закладочных и буропогрузочных ортов, выемку полезного ископаемого ориентированными вкрест простирания камерами ромбической или элипсовидной формы, со смещением камер смежных этажей на половину их ширины, с отбойкой взрывом скважин и закладкой выработанного пространства, согласно изобретению непосредственно над верхним этажом сооружают защитное перекрытие с наклоном 5-7° в сторону висячего бока залежи, а ширину В, высоту h, высоту камер верхнего этажа h₁, угол наклона боковых стен камер θ определяют из выражений:

где В - ширина камеры, м;

h - высота камеры, м;

h₁ - высота камеры верхнего этажа, м;

L_ycm. - устойчивый расчетный пролет защитного перекрытия, м;

в - ширина доставочного орта, м;

θ, ρ - соответственно углы наклона боковых стен камер и внутреннего трения рудного массива, град,

после чего руду в камере разрабатывают заходками взрывом скважин в зажатой среде, причем очередная заходка отрабатывается после закладки предыдущей заходки.

В неустойчивых, склонных к обрушению рудах забою очистных камер придают наклон, соответствующий углу естественного откоса рудного массива.

В рудах с породными прослойками забою очистных камер придают наклон, соответствующий углу падения рудной залежи.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана схема подготовки и отработки блока этажно-камерной системой разработки рыхлых руд в нисходящем порядке под защитным перекрытием, вертикальный разрез вкрест простирания, на фиг.2 - план подготовительных и нарезных выработок верхнего этажа; на фиг.3 - схема отработки камер верхнего этажа; на фиг.4 - порядок выемки и закладки камер при отработке блока, вертикальный разрез по простиранию.

На фиг.1-4 цифрами обозначены:

1 - породы лежачего бока рудного тела;

2 - руда;

3 - породы висячего бока;

4 - защитное перекрытие;

5 - откаточный штрек;

6 - рудоспуск;

7 - камера разгрузки;

8 - полевой штрек для проходки выработок защитного перекрытия;

9 - вентиляционно-ходовой восстающий;

10 - полевой вентиляционно-закладочный штрек 1-го этажа;

11 - вентиляционно-закладочный орт 1-го этажа;

12 - полевой доставочный штрек 1-го этажа;

13 - буропогрузочный орт 1-го этажа;

14 - вентиляционно-закладочные штреки 2-го - 4-го этажей;

15 - доставочные штреки 2-го, 3-го, 4-го этажа;

16 - буропогрузочный орт 2-го этажа;

17 - буропогрузочный орт 3-го этажа;

18 - буропогрузочный орт 4-го этажа;

19 - вентиляционно-закладочные штреки висячего бока;

20 - вентиляционно-закладочный орт 2-го этажа;

21 - вентиляционно-закладочный орт 3-го этажа;

22 - транспортные уклоны;

23 - заходка с отбитой рудой;

24 - заходка, заполненная закладкой.

25-30 - камеры 3-го этажа на разных этапах их разработки и закладки.

Схема подготовки панели показана на фиг.1. На откаточный штрек 5 руда из камеры 7 разгрузки перепускается по рудоспуску 6. В камеру 7 руда транспортируется по полевому доставочному штреку 12 из буропогрузочных ортов 13. Вентиляционно-закладочные орты 11 проходятся из полевого вентиляционно-закладочного штрека 10. Доставочные горизонты этажей соединяются транспортными уклонами 22. Для подачи закладки на 2-й, 3-й и другие нижние этажи проходятся вентиляционно-закладочные штреки 19 в висячем боку 3 рудной залежи и вентиляционно-закладочные орты 20, 21, размещаемые в руде на стыке закладочных массивов соседних камер. Отработка камер ведется в направлении от пород висячего бока 3 к лежачему боку 1 заходками 23 длиной 4-10 м. Каждая заходка 23, 24 закладывается вслед за отгрузкой руды.

Защитное перекрытие 4 сооружают непосредственно над верхним этажом со стороны лежачего бока с уклоном α=5-7° к лежачему боку, чтобы обеспечить затекание закладки под защитное перекрытие и исключить недозакладку камер верхнего этажа, способную вызвать деформацию перекрытия. Для подготовки верхнего этажа к выемке непосредственно под защитным перекрытием 4 проходят вентиляционно-закладочные орты 11 и буропогрузочные орты 13 на уровне первого доставочного горизонта (фиг.2). Расстояние между осями ортов по простиранию рудного тела соответствует ширине камер В, которая не превышает расчетной величины устойчивого пролета защитного перекрытия L_ycm. В свою очередь, устойчивый пролет перекрытия зависит от нагрузки на перекрытие, его конструкции и материала.

Высота камер верхнего этажа, расположенных непосредственно под защитным перекрытием, примерно равна их ширине и меньше расчетного устойчивого пролета искусственного перекрытия.

Высота камер 2-го и других нижних этажей равна удвоенной высоте этажа.

На фиг.3 в центре показана первичная камера верхнего этажа, заложенная бетоном. Вторичная камера (справа) показана в момент отгрузки руды после отбойки подсечного слоя и бурения скважин по верхнему слою. Камера третьей очереди (слева) подготовлена к взрыву скважин в подсечке.

Камеры 2-го этажа (фиг.4) подготавливают проходкой вентиляционно-закладочных ортов 20 и буропогрузочных ортов 16 второго доставочного горизонта. Вентиляционно-закладочные орты 20 проходятся по руде вприсечку к закладке на стыке закладочных массивов смежных камер 1-го этажа. При подготовке 3-го этажа вентиляционно-закладочные орты 21 проходят по руде под закладкой камер 1-го этажа, буропогрузочные орты 17 проходят и поддерживают в рудном массиве.

Камеры отрабатывают короткими, по 4-10 м, заходками, в зажатой среде. Заходка разрабатывается в два слоя. Нижний слой - подсечный. Скважины подсечного слоя бурятся из нижнего буропогрузочного орта 17, скважины верхнего слоя бурятся из вентиляционно-закладочного орта 21.

Порядок технологических процессов в камерах иллюстрируется отработкой 3-го этажа, фиг.4. Камера 25 - отработанная, заполненная закладкой; 26 - камера с отбитой рудой; 27 - камера, подготовленная к бурению; 28 - камера перед закладкой; 29 - камера перед отбойкой подсечного слоя; 30 - камера после отгрузки руды из подсечного слоя. Одновременно с опережением проходятся буропогрузочные орты 18 четвертого этажа.

Последовательность отработки камер должна исключить подработку закладочного массива вышележащих этажей. Это условие обеспечивается, если камеры, смежные с рабочей, заполнены закладочным материалом, набравшим нормативную прочность, или еще не разрабатывались (рудный целик).

Предлагаемый способ разработки практически исключает обрушение рыхлого рудного массива перед закладкой камеры, так как обнажения руд в боках камер ограничены длиной заходки и формируются под углом естественного откоса. В торцах камеры со стороны лежачего бока обрушения возможны. Для их прежупреждения в неустойчивых рудах плоскости торца придается наклон под углом β к горизонту, фиг.1. Минимальное значение угла β соответствует углу естественного откоса. В этом случае закладка будет нависать над рудой, поэтому прочность закладки должна быть повышена.

Изменением угла наклона плоскости рудного торца камеры также решают задачу селективной выемки руд различного качественного состава. В таких случаях угол наклона плоскости рудного забоя должен совпадать с углом наклона поверхности контакта между разновидностями руды. Тогда при встрече очистным забоем некондиционных рудных или породных прослойков они могут быть оставлены в закладочном массиве.

Буропогрузочные орты в слабом рудном массиве целесообразно крепить рамной трапециевидной крепью со стойками, состоящими из 2-х элементов, соединенных клиновым замком. Крепь легко извлекается, что необходимо выполнять на участке орта длиной, равной длине заходки от торца камеры. Эту операцию выполняют до бурения скважин в подсечке, чтобы в случае вывалов руды при разборке крепи можно было корректировать схему размещения взрывных скважин, которые в этом случае забуриваются из закрепленного участка орта, наклонно к его оси. Перед закладкой камеры буропогрузочный орт перекрывают перемычкой.

Отличительные признаки изобретения позволяют повысить эффективность и безопасность разработки мощных крутопадающих залежей, сложенных рыхлыми рудами, и обеспечивают следующие преимущества перед другими системами разработки под защитным перекрытием:

- надежное поддержание рудно-породной потолочины над защитным перекрытием благодаря постоянному и обеспеченному по качеству контакту закладочных массивов камер смежных подэтажей по их боковым граням;

- исключение обрушения руды с боков камер;

- минимальный объем подготовительных работ; при этом половина подготовительных выработок (вентиляционно-закладочные орты) проходятся и поддерживаются под закладочным массивом и не требуют крепления;

- возможность селективной выемки рудного тела сложного строения;

- минимизация разубоживания и потерь руды;

- безопасность работ, обусловленная отсутствием людей в очистном забое.

1. Способ разработки мощных крупнопадающих залежей слабых руд, включающий проходку вентиляционно-закладочных и буро-погрузочных ортов, выемку полезного ископаемого ориентированными вкрест простирания камерами ромбической или эллипсовидной формы со смещением камер смежных этажей на половину их ширины, с выемкой руды отбойкой взрывом скважин и закладкой выработанного пространства, отличающийся тем, что непосредственно над верхним этажом сооружают защитное перекрытие с наклоном 5-7° в сторону висячего бока залежи, а ширину В и высоту h камер, высоту камер верхнего этажа h₁, угол наклона боковых стен камер θ определяют из выражений:

где В - ширина камеры, м;

h - высота камеры, м;

h₁- высота камеры верхнего этажа, м;

L_ycт. - устойчивый расчетный пролет защитного перекрытия, м;

в - ширина буро-погрузочного орта, м;

θ, ρ - соответственно углы наклона боковых стен камер и внутреннего трения рудного массива, град,

после чего руду в камере разрабатывают заходками взрывом скважин в зажатой среде, причем очередную заходку отрабатывают после закладки предыдущей заходки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в неустойчивых, склонных к обрушению рудах забою очистных камер придают наклон, соответствующий углу естественного откоса рудного массива.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в рудах с породными прослойками забою очистных камер придают наклон, соответствующий углу падения рудной залежи.